基于机器学习的遮荫设施内参考作物蒸散量估算

为高效准确地估算遮荫设施内参考作物蒸散量（Reference Evapotranspiration, ET0）,该研究通过分析三七栽培遮荫设施（四周及顶部均由黑色遮阳网遮盖,通风性较好）内及设施外气象参数的关系,采用Sobol敏感性分析方法筛选出设施外有效的气象参数,并将其作为模型输入,以Penman-Monteith（FAO-56 PM）模型计算的值为标准值,采用贝叶斯优化（Bayesian Optimization, BO）算法优化机器学习方法（支持向量回归机（Support Vector Regression, SVR）、随机森林（Random Forest, RF）和极限学习机（Extreme Learning Machine, ELM））中的参数,建立3种遮荫设施内ET0估算模型（BO-SVR、BO-RF和BO-ELM）。结果表明：遮荫设施内ET0对设施外平均相对湿度、平均风速、最高气温和平均气温的敏感性较高,一阶敏感系数分别为0.450、0.304、0.064和0.026,故基于4组气象参数建立模型。BO-ELM模型的测试精度整体优于BO-SVR和BO-RF,其中BO-ELM模型基于平均相对湿度、平均风速、最高气温和平均气温的气象参数组合估算精度最高,决定系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.928、0.069 mm/d和0.046 mm/d,BO-ELM模型也能很好地适应少量气象参数（平均相对湿度和平均风速）估算设施内ET0,决定系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.910、0.078 mm/d和0.057 mm/d。综合考虑计算精度和计算代价,可将BO-ELM模型作为气象参数缺失情况下遮荫设施内ET0的估算方法。研究为遮荫设施内ET0的估算提供有效方法。     

基于模糊控制的肥液自动混合装置设计与试验

为提高混肥精度,该文在基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置的基础上,对其结构进行了改进,并利用电导电极设计了一个电导率测量仪用以实时反馈肥液浓度,使之构成一个闭环控制的自动混肥装置。该装置采用粗细2级调节的控制策略,首先根据检测的入口水压调用对应的函数关系,自动调节电磁阀PWM（pulse width modulation）控制的占空比进行混肥;然后以电导率测量仪实时反馈混肥浓度,并采用模糊控制算法进一步细调PWM的占空比,使混肥浓度尽量逼近目标浓度。试验结果表明,电导率测量仪的有效测量范围为0~12.64 mS/cm,它所测量的电导率与肥液浓度呈显著的线性关系,其决定系数R2为0.997。对混肥装置进行了实测验证,结果表明混肥时的最大浓度误差为0.04%,控制装置达到稳态的响应时间为7.8～10.4 s,能满足实际应用的要求。     

时空亏缺调控灌溉和施氮处理对番茄水氮利用的影响

为探索节水灌溉条件下蔬菜的水肥高效利用模式, 采用番茄盆栽试验, 以常规充分灌水为对照, 研究了时空亏缺调控灌溉和氮肥处理对番茄营养器官干物质累积、灌溉水分利用效率、氮素累积及土壤水氮分布的影响。在交替灌溉条件下, 设置控水时期、灌水水平和施氮水平3因素, 控水时期分别为开花座果期和结果期, 2个灌水水平分别为高水和低水, 3个施氮水平分别为高氮、低氮和无氮, 并以常规灌溉作为对照。结果表明: 与常规充分灌水处理相比, 交替灌溉持续高水处理、交替灌溉开花座果期低水处理、交替灌溉结果期低水处理及交替灌溉持续低水处理分别降低干物质累积总量4.52%、11.93%、17.76%和23.94%, 分别降低氮素累积总量1.74%、12.86%、15.50%和22.47%, 分别降低氮素干物质生产效率2.24%、3.93%、2.55%和0.89%, 而分别增加灌溉水分利用效率12.39%、8.99%、15.02%和12.96%。在交替灌溉条件下, 中氮处理的干物质累积、灌溉水分利用效率和氮素累积总量最大。与低氮处理相比, 中氮和高氮处理的氮素干物质生产效率分别降低6.87%~12.70%和17.81%~24.38%, 土壤硝态氮分别提高31.64%~159.58%和57.37%~297.37%。综合考虑干物质累积、水分利用及氮素累积等因素, 番茄适宜的水氮供给模式为交替灌溉持续高水中氮处理: 灌水定额为80%W₀(W₀为常规充分灌溉的灌水定额, 保持土壤含水量为田间持水量的70%~85%), 施氮量为0.30 g(N)·kg^-1(干土)。     

基于不同滴灌方式的苹果幼树根系生长的三维可视化模拟

为研究不同滴灌方式下大田苹果幼树的根系生长行为,提出一种用Otsu方法对根系图像进行分割后统计分析根系空间分布的方法,利用图像处理库通过Python语言编程实现了获取空间分布统计矩阵,以Lynch的根构型模型为结构原型,结合功能模型建立不同滴灌方式下的大田苹果幼树根系生长行为结构功能模型,最后利用OpenAlea对该模型进行三维可视化模拟。以大田苹果幼树为试验对象进行验证,同时依据形态特征的相似度以及仿真数据与实测数据的相关性两个参考指标将模拟结果与实物进行对比,验证了所采用算法的有效性。结果表明,Otsu算法可有效分割苹果幼树根系图像数据,结合常规功能结构参数和空间分布统计矩阵建立的大田苹果幼树根系结构功能模型可科学地模拟不同滴灌方式对苹果幼树根系空间拓扑的影响,大田苹果幼树根系结构功能模型模拟可以可视化不同滴灌方式下的根系生长空间变化行为。可视化模拟结果表明,分根区交替灌溉的苹果幼树根系在根区两侧分布比较均匀,根密度较大,有利于提高根系对水肥的吸收利用效率。研究结果可为分根区交替灌溉在果园的应用提供参考。     

营养元素对甘蔗产量和品质的影响与对策

分析甘蔗对氮、磷、钾营养元素的需求,提出影响甘蔗产量和品质的原因,制定大田生产甘蔗的施肥方法和氮、磷、钾的配合比例标准.施肥方法:基肥占三分之二,追肥占三分一.氮、磷、钾的配合比例为1∶0.5∶3.     

一种适用于茎流检测的PID温度控制系统设计

[目的]为了解决热平衡方法进行植物茎流检测中的温度控制问题。[方法]利用研华1710HG多功能数据采集控制卡,在Lab-VIEW的平台上采用PID控制算法和PWM输出控制编程,采用闭环控制方法建立一套简单、适用的高精度的温度控制的虚拟仪器系统,并在水竹上进行实际测试。[结果]测试结果温度控制精度达到0.1℃,实现了用热平衡原理检测低流速流量的温度控制要求。[结论]该研究为采用热平衡法测茎流的发展和应用提供了一个可行的温度控制方案。     

一种输出功率连续线性可调的小型微波干燥试验装置设计

设计了一种可以满足科学试验需要的小型微波干燥装置,该装置磁控管的微波输出功率可以连续线性调整,并且可以通过比较当前和预设的温度值,自动的调整输出功率,实现设定温度的自动控制。最后通过试验得到了该设备的微波输出功率曲线,验证了该装置的微波输出功率是连续线性可调的。     

交替灌溉条件下水氮供给对番茄生长及水分利用的影响

为探讨控制性分根区交替灌溉条件下不同水氮供给对作物生长特性的影响,采用番茄盆栽试验,研究了交替灌溉和水氮处理对番茄生长、产量和水分利用的影响.结果表明:交替灌溉方式下,低氮处理的番茄株高较大;高水低氮和低水中氮处理的茎粗较大;中氮处理的干物质累积总量分别是高氮和低氮的1.25倍和1.01倍.交替灌溉高水处理的水分利用效率均值分别是交替灌溉低水处理和常规充分灌水处理的1.05倍和1.12倍.交替灌溉增加根冠比7.89％～ 31.61％.常规充分灌水处理的产量均值最大,分别是交替高水和交替低水的1.05倍和1.39倍.在交替灌水条件下,中氮处理的耗水量分别是低氮和高氮的1.04倍和1.16倍.     

滴灌模式和NaCl处理对苹果幼树水流阻力与水分利用的影响

为了探讨滴灌模式和NaCl处理对苹果幼树水流阻力与水分利用的影响,该文采用了3种滴灌模式(交替滴灌ADI、固定滴灌FDI和常规滴灌CDI)和4个NaCl浓度梯度(0(CK)、0.2%(S1)、0.3%(S2)、0.4%(S3))。结果表明:叶水流阻力(Rl+p)与叶水分利用效率(WUEl)、总水流阻力(Rt)与灌溉水利用效率(WUEi)间均呈对数相关关系。在相同的盐分处理下,与CDI处理相比,ADI处理节水达50%,平均根系干物质质量和根水流阻力(Rr)仅分别下降了8.7%和0.53%,而WUEl、WUEi、Rl+p、冠层水流阻力和Rt分别提高了7.6%、16.96%、74.85%、35.33%和15.22%;在高盐分S2和S3处理下,ADI处理的Rl+p和WUEi分别提高了50.5%和78.07%、14.99%和23.65%,但ADI处理的Rr反而降低了1.34%和9.96%。可见,采用ADI处理进行灌溉具有促进根系生长和提高Rl+p及降低Rr的作用,是引起水分利用效率提高的重要原因,不仅提高了调控植物体内水分平衡的能力,而且也增强了抗盐分胁迫能力。     

沼肥对大棚芹菜生长影响的研究

[目的]探讨沼肥对大棚芹菜生长发育和品质的影响。[方法]试验分为施沼肥、化肥、农家肥和不施肥4组,沼肥组设3个施肥量（5%、10%和15%）,采用盆栽法,研究不同施肥组和沼肥浓度对大棚芹菜生物量和品质的影响。[结果]与施用农家肥、化肥相比,施用沼肥有利于增加芹菜的生物量,改善芹菜品质,提高芹菜中还原糖、总糖、维生素C及全效氮、磷含量,降低有害物质硝酸盐的含量。沼肥浓度对芹菜生物量和品质有影响,施用10%的沼肥比施用5%和15%的更有利于提高芹菜的生物量,而沼肥浓度对芹菜品质的影响则随着浓度的增加,芹菜还原糖、总糖、维C及全效氮、磷、钾含量也逐渐增加。[结论]施用沼肥对提高芹菜的生物量及品质有明显影响。